Введение
Исследование адаптивно-компенсаторных реакций поврежденного мозга относится к числу фундаментальных научных проблем, актуальность которых с течением времени постоянно возрастает. Классические работы данного направления были посвящены, в основном, анализу общих принципов адаптивно-компенсаторной деятельности мозга (Павлов, 1951; Асратян, 1959; Анохин, 1954, 1958; Карамян, 1956). Эти представления были существенно дополнены данными о неспецифической (стрессорной) составляющей адаптивного процесса, обеспечивающейся активацией лимбико-ретикулярного комплекса (Вальдман, Цирлин, 1981; Фурдуй, 1986). В ряде работ исследовалась роль лимбических образований в формировании приспособительного поведения (Гращенков, 1964; Латаш, 1968; Ониани, 1980); обсуждались разные варианты развития последующих фаз восстановления нарушенных функций (Бехтерева, 1988; Подачин, Сидоров, 1983; Брагина с соавт.,1988).
В последние годы на первый план выступает изучение "частных" нейрофизиологических механизмов компенсации, обусловленных особенностями топографии церебрального поражения. Эта направленность исследований определяется потребностями клиники. Причем, успех работ данного направления все чаще связывается с разработкой адекватных клинике экспериментальных моделей, максимально полно воспроизводящих особенности той или иной патологии человека (Айрапетянц, Вейн, 1982; Айрапетянц, 1985; Айрапетянц с соавт., 1986; Jenkins et al., 1989; Kolb, 1990; Hiroshi et al.,1991; Matsumoto et al., 1991; Дупин с соавт., 1994; Плотников с соавт., 1994; Романова с соавт., 1994; Опитц; Саркисова, 1996; Айрапетянц, 1997; Саркисова, Куликов, 2000; Хаспеков с соавт., 2000; Gulyaeva et al., 2003; Uys et al., 2003). Экспериментальные исследования на животных позволяют выяснить общие принципы компенсации, определить материальную основу восстановительных процессов, а также проверить предположения, возникающие в ходе клинического наблюдения.
Особый интерес и большую медико-социальную значимость в этом плане представляет изучение нейрофизиологических механизмов восстановления при остром поражении стволовых структур мозга. Это связано с увеличением числа больных с сосудистым и травматическим стволовым поражением; кроме того, большее распространение получает оперативное лечение ранее неоперабельных опухолей стволовой локализации (Смирнова, 1986; Баркалая, 1991; Брагина с соавт., 1997).
К числу наиболее сложных вопросов в изучении процессов компенсации при остром стволовом повреждении относятся, например, специфика нейродинамических перестроек при разной степени стволового поражения, последовательность включения в процесс восстановления других мозговых систем и образований и т.д.
Многочисленные факты свидетельствуют о высокой значимости лимбической системы в формировании приспособительных реакций организма на изменения внешней и внутренней среды (Брагина 1966; Латаш, 1968; Ониани, 1980; Чепурнов, Чепурнова, 1981; Болдырева с соавт., 1995; Соллертинская с соавт., 2005). Однако, роль и специфика участия отдельных образований лимбической системы в экстремальных для организма ситуациях, изучена недостаточно. В свете данной проблемы чрезвычайно важны вопросы межполушарной асимметрии различных лимбических структур (Левшина с соавт., 1977; Glick et al., 1980; Квирквелия, 1987; Бианки с соавт., 1988; Ванециан, 1990; Чилингарян, Богданов, 1998; Sullivan, Gratton, 1999; Болдырева, 2000б; Павлова, 2001).
Результаты нейрофизиологических исследований у больных с опухолевым поражением мозга в послеоперационном периоде указывают на а) неоднозначность механизмов послеоперационного восстановления при разной степени поражения ствола, б) последовательное включение в эти процессы гиппокампа и лобных отделов полушарий (Шарова, 1999; Шарова с соавт., 1991, 1993, 1995). Дальнейшему развитию этих и других вопросов компенсации при остром повреждении ствола головного мозга, имеющих как теоретическое, так и практическое значение (связь с тактикой лечения) могут способствовать адекватные экспериментальные исследования на животных.
Целью настоящей работы было экспериментальное изучение нейрофизиологических механизмов процессов компенсации в случае острого повреждения стволовых структур головного мозга, с уточнением особенностей участия в послеоперационном восстановлении гиппокампа и орбитофронтальной коры как составляющих лимбической системы.
В рамках основной проблематики специальный интерес для нас представлял также анализ эмоциональных реакций оперированных животных. Это обусловлено тем, что по представлениям П.В.Симонова (2001) эмоциональном напряжении происходит естественная мобилизация энергетических ресурсов, что может сказывается, как на скорости компенсаторных процессов, так и на их течении. Хотя известно, что лимбическая система является основным регулятором мотивационно-эмоционального поведения млекопитающих (Нуцубидзе, 1969; Козловская, Вальдман, 1972; Хананашвили, 1972; Гасанов, 1974; Симонов, 1993, 2001), вопрос о степени участия отдельных ее структур в появлении эмоциональных реакций разной интенсивности и их знака до сих пор окончательно не выяснен. Поиск особенностей протекания эмоциональных реакций при повреждении стволовых структур и структур лимбической системы представляется важным для определения степени участия разных частей лимбической системы в компенсаторных процессах.
Для достижения поставленной цели решались следующие конкретные задачи:
) Создать экспериментальную модель органического поражения ствола мозга крысы, максимально приближенную к клинике послеоперационной стволовой патологии человека.
2) Проследить (по широкому спектру неврологических, соматических и поведенческих показателей) динамику функционального состояния при разных исходах острого локального стволового повреждения мозга крыс.
3) Проанализировать изменения пространственно-временной организации электрической активности мозга крыс, сопровождающие процессы церебральной компенсации (или декомпенсации) при остром локальном повреждении ствола.
4) Сопоставить особенности развития острой локальной стволовой патологии мозга крыс с вариантами сочетанного стволово-гиппокампального и стволово- орбитофронтального церебрального повреждения, включая и разную латерализацию деструкции лимбических структур.
5) Провести сравнительный анализ эмоциональных реакций животных, сопровождающих локальное стволовое, а также варианты сочетанного стволово-гиппокампального и стволово-орбитофронтального повреждения мозга крыс.
Основные положения, выносимые на защиту
1. Разработанные экспериментальные модели а) локального электролитического разрушения ствола на уровне латерального вестибулярного ядра Дейтерса, б) сочетанного стволово-гиппокампального и стволово-орбитофронального повреждения мозга крыс могут быть использованы для изучения нейрофизиологических механизмов восстановления при острой локальной (опухоль) и множественной (черепно-мозговая травма) патологии мозга человека.
2. Системные компенсаторно-приспособительные реакции мозга крыс при одностороннем локальном стволовом повреждении находят наиболее яркое отражение в изменениях пространственно-временной организации тета-активности орбитофронтальной коры (ОФК), гиппокампа и интактного ствола:
а) ранняя стволово-гиппокампальная синхронизация биопотенциалов на частоте 6-7 Гц с последующим вовлечением в этот процесс передних отделов коры характерна для выживших животных;
б) Формирование автономной гиппокампально-кортикальной системы возбуждения на частоте 4-5 Гц предшествует летальному исходу.
3. На основе морфо-функциональных сопоставлений у животных с идентичным по объему электролитическим стволовым, стволово- гиппокампальным и стволово-орбитофронтальным разрушением установлено, что гиппокамп и ОФК играют важную и специфическую роль в адаптивно- компенсаторных процессах ЦНС при повреждении ствола мозга:
а) функциональное состояние гиппокампа влияет на скорость обратного развития стволового патологического очага подкрепляя его в случае деструкции поля СА1;
б) ОФК участвует в послеоперационной гомеостатической регуляции, в частности, регуляции мозгового кровообращения, обеспечивая выживаемость животных в первые две недели после стволового повреждения.
4. Выявлена "прямая" и "обратная" связь между эмоциональностью животных и исследуемыми вариантами повреждения головного мозга.
а) Установлена зависимость исхода локального стволового повреждения от уровня эмоциональности животных в дооперационном периоде: крысы с исходно повышенной эмоциональностью наиболее склонны к осложненному течению послеоперационного периода и летальному исходу;
б) При общей неспецифической тенденции к послеоперационному усилению эмоциональности животных, максимальные сдвиги имеют место при повреждениях "ствол - левая ОФК" и "ствол - правый гиппокамп".
Научная новизна. Создана устойчивая модель локальной стволовой патологии с воспроизводимыми, адекватными клинике стволового поражения человека, нарушениями состояния. Показана специфика участия гиппокампа и ОФК, а также их асимметричность в восстановительных реакциях мозга при остром стволовом повреждении. Выявлены особенности пространственно-временной организации биоэлектрической активности мозга крыс (интактных и со стволовой патологией) на основе внедрения приемов и показателей анализа ЭЭГ, используемых в исследованиях на человеке.
Научно- практическое значение
Разработанные модели для изучения острой стволовой, а также стволово-гиппокампальной и стволово-орбитофронтальной патологии могут быть использованы для решения теоретических и практических (лечение) проблем неврологической и нейрохирургической клиники.
Установлено, что исходный уровень эмоциональности, а также ее изменения при патологии есть важное звено восстановления при остром стволовом повреждении.
Выявленные в работе качественные и
количественные показатели пространственно-временной организации ЭА мозга
интактных крыс могут использоваться в качестве опорных в электрофизиологичских
исследованиях разного направления: экспериментальная патология ЦНС, фарм- ЭЭГ и
др.
Глава 1. Обзор литературы
1.1
Общие принципы компенсации ЦНС
Проблема восстановления нарушенных функций, волнующая многие поколения ученых, является одной из ключевых в физиологии. Ее разработка актуальна и имеет не только научное, но и практическое значение. Знание механизмов, особенностей и закономерностей восстановления функций позволяет активно управлять этими процессами и тем самым усовершенствовать методы лечения поврежденного организма человека.
В XIX и до начала ХХ века шло преимущественно накопление фактов по данной проблематике. В первые десятилетия двадцатого века исследования были направлены главным образом на изучение компенсаторных возможностей организма. Выявление и характеристика многообразных вариантов компенсации не была целенаправленным и систематичным: многие факты устанавливались исследователями попутно, при изучении других вопросов. Увеличение объема и разнообразия клинического и экспериментального материала привело в дальнейшем к оформлению проблемы компенсации как самостоятельной и важной научно-практической задачи (Асратян, 1959, стр.38).
Между тем, гораздо раньше были сформулированы определения и положения, характеризующие универсальное и фундаментальное свойство всех живых организмов - адаптацию (Саркисов, 1987)., Приспособительные или адаптивные реакции обеспечивают приспособление организма к окружающей среде в каждый данный момент времени.
Как следует из многочисленных работ по физиологии живых систем, способность к адаптации универсальна: в ответ на любое предъявленное организму требование, независимо от силы и модальности воздействия, в организме возникают специфические и неспецифические реакции, направленные на сохранение постоянства своей внутренней среды - гомеостаз (Гуляева, 1997). Неспецифический ответ организма называется стрессом, стрессовой реакцией или общим адаптационным синдромом. Общий адаптационный синдром имеет три фазы: 1) реакция тревоги; 2) фаза сопротивления; 3) фаза истощения. Для стрессовой реакции не важно, приятно или неприятно то или иное воздействие, важна лишь потребность в перестройке или в адаптации (Селье, 1982). При неадекватном воздействии, когда параметры воздействующих факторов выходят за границы естественных колебаний, для поддержания гомеостаза организму необходимо мобилизовать свои функциональные резервы. В этом случае повышаются требования к приспособительной способности организма. Так как возможности организма к адаптации не беспредельны, наряду с первыми двумя фазами может иметь место и третья фаза (фаза истощения).
Бесконечное множество внешних влияний на организм можно разделить на 4 типа: оптимальные, неадекватные, экстремальные и повреждающие воздействия (Ткаченко, ред., 1998).
Под оптимальным воздействием внешней среды подразумевается их изменения в определенных границах естественных колебаний.
Следствием экстремального и повреждающего воздействий бывает нарушение структуры и функций биологических систем. При этом совокупность реакций организма, направленных на восстановление или замещение нарушенных функций, называются компенсаторными (БМЭ, т.13, стр.762).
Компенсация - это конечный результат восстановительных процессов, имеющий широкое биологическое значение. Таким образом "компенсация" и "восстановление" не являются синонимами. Понятие "восстановление" связано с частными механизмами перестройки деятельности организма, а компенсация направлена на сохранение и выполнение основных функций организма и имеет более широкое биологическое значение (Советов, 1988). При компенсаторных реакциях имеет место существенное увеличение диапазона адаптивных, т.е. приспособительных, реакций (Асратян, 1959).
К настоящему времени общепризнанно, что компенсаторные процессы принципиально не отличаются от приспособительных явлений в интактном организме. Они, являясь лишь частным случаем адаптивных реакций, осуществляются по законам нормальной деятельности организма и направлены на поддержание гомеостаза уже на новом уровне (Асратян, 1959). При этом в результате самоорганизации биологических систем устанавливаются новые формы связей между системами всего организма и внешней средой. Материальной базой в этом случае являются сохранившиеся части поврежденной системы, родственные в функциональном отношении структуры или органы и дополнительные структуры (Павлов, 1951; Асратян, 1959; Адрианов, Боголепов, 1975; Беленков, 1980; Мотлох, 1987; Саркисов, 1987; Подачин, Сидоров, 1988; Гуляева, 1997).
Характер компенсаторных реакций меняется в эволюционном ряду: если у низших животных решающее значение в восстановительных процессах имеет регенерация или, как частный случай, реиннервация, т. е. прямая компенсация (Sperry, 1958), то по мере усложнения организма и повышения специализации органов все большее значение приобретает косвенная компенсация.
Исследование последствий повреждения различных систем жизнеобеспечения (к которым относится дыхательная, пищеварительная, выделительная, кровеносная системы) и выяснение возможностей организма при ликвидации образовавшегося дефицита представляется важным и с точки зрения понимания общих механизмов компенсации, и с точки зрения практической медицины. Работы данного направления весьма многочисленны. К ним относятся, в частности, исследования сотрудников школы С.А.Саркисова (Аруин, 1987; Бабаева, 1987; Романова, 1987; Саркисов, 1987).
Многочисленные исследования были направлены на изучение перестроек, происходящих в центральной нервной системе, после повреждения периферических органов или периферических нервов. В этом случае изучалась взаимосвязь изменений на периферии с изменением поступления в мозговые центры афферентных импульсов (Анохин, 1975; Асратян, 1959; Беленков, 1980).